Chùa Bút Tháp là nơi lưu giữ tượng bảo tượng Quan Âm nghìn mắt nghìn tay nổi tiếng do nhà điêu khắc họ Trương tạc năm 1656, hiện được công nhận là bảo vật quốc gia. 

Tượng được tác ngồi tư thế thiền định. Áo tượng bó sát người với nhiều nếp phủ trên vai. Bụng tượng thắt hầu bao.

Bảo tượng có 11 đầu, mặt chính nhìn phía trước, hai mang tai có hai mặt phụ. Đầu tượng đội thiên quan, phía trên đầu chính có các đầu nhỏ hơn xếp chồng lên nhau thành ba lớp, trên cùng là tượng đức Phật A Di Đà ngồi tòa sen trong tư thế thiền định.

Các đầu tượng đều có khuôn mặt của phụ nữ đôn hậu, tóc chải ngược lên đỉnh búi thành cuộn, mắt hé mở nhìn xuống, tai tượng lớn và dày, đeo hoa tai là bông sen nở. Cổ tượng cao, chạm thành ba ngấn. Vòng dây chuyền đeo từ cổ xuống ngực.

Tượng có 42 tay lớn, cánh tay đều để trần, trong tư thế ấn quyết hoặc thiền định.

Các cánh tay nhỏ được xếp thành nhiều lớp (từ 6 lớp ở phía dưới đến 14 lớp ở phía trên). Có tất cả 789 cảnh tay như vậy.

Trong lòng mỗi bàn tay có một con mắt được chạm chìm. Những "cánh tay có mắt" này khiên bức tượng có tên là Thiên thủ Thiên nhãn.

Bảo tượng Quan Âm Thiên thủ Thiên nhãn được coi là một kiệt tác độc nhất vô nhị về tượng Phật và nghệ thuật tạc tượng - nghệ thuật làm nổi bật triết lý nhà Phật bằng ngôn ngữ tạo hình hàm súc.

Sách Kỷ lục Việt Nam cũng đã xác lập một kỷ lục về tác phẩm điêu khắc này: Bảo tượng Bồ tát Quán Thế Âm Thiên thủ Thiên nhãn bằng gỗ lớn nhất Việt Nam. Tượng có kích thước như sau : Chiều cao của tượng (tính từ đài sen lên) : 235 cm ; đầu rồng đội tòa sen : 30 cm ; bệ tượng : 54 cm ; chiều ngang của cánh tay xa nhất : 200 cm ; chiều cao của vành tay phụ : 370 cm ; đường kính của vành tay phụ : 224 cm.